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        城軌車輛單組分聚氨酯失效性和相容性研究

        2022-07-14 11:47:32徐鳳林李清泉蔡洋濤李青青張玲玉吳夢杰田玉龍張敬芬張彧賢
        粘接 2022年7期
        關鍵詞:單組分膠條樣件

        徐鳳林,李清泉,蔡洋濤,方 驊,陳 鋆,李青青,張玲玉,吳夢杰,田玉龍,張敬芬 ,張彧賢

        (1.杭州中車車輛有限公司,浙江 杭州 311223; 2.逸發(fā)新材料研究院, 江蘇 常州 213025)

        隨著經(jīng)濟的發(fā)展,2020年中國膠粘劑和膠粘帶工業(yè)協(xié)會表示,“十四五”期間我國膠粘劑的發(fā)展目標是產(chǎn)量年均增長率為4.2%,銷售額年均增長率為4.3%。力爭到2025年末,改變國產(chǎn)產(chǎn)品高端不足、低端過剩的局面,使行業(yè)高附加值產(chǎn)品產(chǎn)值的比例達到40%以上。預計2025年膠粘劑產(chǎn)量達到855萬t。單組分聚氨酯的需求量亦與日俱增。單組分聚氨酯特指端基為—NCO的聚氨酯樹脂,即使用時不需要添加固化劑,直接將樹脂涂覆在需要的位置,利用空氣濕氣反應而固化。

        當前大量的運行車輛面臨著4級修、5級修時的工藝確認難題,但缺乏經(jīng)驗和數(shù)據(jù),這為現(xiàn)場工藝提供參考。為不斷完善粘接密封的操作規(guī)范和提升產(chǎn)品質(zhì)量,以及提高作業(yè)人員知識水平和技能水平,同時為儲備粘接密封知識做好準備工作,也更好地為后續(xù)車輛運營、新造過程中出現(xiàn)異常提供更有力的參考依據(jù),本文對單組分聚氨酯失效性和相容性進行了研究。

        1 試驗材料制備與測試

        為獲得單組分聚氨酯具體失效性因素和與不同膠粘劑相容性情況,設置相應的對照組,并嚴格按照標準要求進行樣板制作,隨后進行膠條剝離試驗,并對試驗結(jié)果進行分析。

        1.1 主要原料及儀器

        Sika265(單組分聚氨酯,PU1),西卡(中國)有限公司;回天8955(單組分聚氨酯,PU2),湖北南北車新材料有限公司;Corapur卡瑞得135R(單組分聚氨酯,PU3),上海蒂姆新材料科技有限公司;回天8902(聚氨酯膠活化劑,簡稱活化),湖北南北車新材料有限公司;回天8906(聚氨酯膠底涂劑,簡稱底涂),湖北南北車新材料有限公司;sika Activate(溶劑型粘接促進劑,簡稱活化),西卡(中國)有限公司;sika 206 G+P(黑色溶劑型粘接促進劑,簡稱底涂),西卡(中國)有限公司;Corapur卡瑞得P-85(高活性溶劑底膠,簡稱底涂),上海蒂姆新材料科技有限公司;Corapur卡瑞得C-95(混合溶劑型清潔劑),上海蒂姆新材料科技有限公司;異丙醇(二甲基甲醇,清潔劑),無錫市展望化工試劑有限公司。

        氣動膠槍(型號:MA-310V);溫濕度計(型號:G101);電熱鼓風干燥箱(型號:DHG-9246A);游標卡尺(型號:SF2000);高低溫(濕熱)試驗箱(型號:STH-040L)。

        1.2 材料的制備

        膠條剝離試驗樣件制樣方法[]

        檢查粘接場地環(huán)境溫、濕度(溫度:15~35 ℃;相對濕度:30%~70%),滿足要求方可繼續(xù)進行樣板制作。分別選取210 mm×297 mm的鋁合金、玻璃鋼樣件,在其表面進行清潔、打磨、清潔、活化、底涂等的處理,每個步驟均需干燥15 min以上,方可進行下一步操作;使用膠槍(膠嘴為三角形開口,底孔徑約15 mm)在樣板上并列打5個膠條,膠條成三角形,底部寬10 mm,高約10 mm,長約200 mm,具體如圖1所示。 按序?qū)γ總€樣板進行編號,并使用記號筆寫在樣板背部。(注:打膠時膠槍嘴緊貼基材移動,打膠完成后使用刮板在膠條上部刮壓1次,使膠條最終成扁平狀,高約5 mm。)

        圖1 樣板膠條示意圖

        不同膠類相容性試驗

        根據(jù)上述1.2.1制樣方法,將單組分濕氣固化sika265涂布在鋁合金表面,以膠粘劑作為基材,在基材表面上使用回天8902活化后涂布回天8955膠為1#樣件,2#樣件是在1#的涂布回天8902活化的基礎上再涂回天8906底涂后進行施膠;同理,將回天8902活化、回天8906底涂、回天8955換成卡瑞得配套的活化劑、底涂劑、膠粘劑,從而得出3#、4#的樣件,具體如表1所示。

        表1 不同膠類樣件相容性試驗方案[7]

        基材前處理對比試驗

        選取玻璃鋼、鋁合金兩種基材,在兩種基材表面做不同的表面處理后,使用sika265膠粘劑涂打在基材表面上。

        表2 基材前處理對比試驗方案

        1.3 材料測試

        樣件按照DIN 54457:2014(DVS 1618:2003)/ISO 21194:2019檢測標準要求進行膠條剝離耐溫變的老化試驗,具體步驟如下:

        (1)在溫度23 ℃,相對濕度50%,靜置7 d后,剝離樣件第1道膠;

        (2)在溫度20 ℃水中浸泡7 d后,取出,又在溫度23 ℃、相對濕度50%條件下調(diào)節(jié)2 h,然后剝離樣件第2道膠;

        (3)在溫度80 ℃,靜置1 d,然后立即剝離樣件第3道膠;

        (4)在溫度23 ℃、相對濕度50%條件下,靜置2 h,然后剝離樣件第4道膠;

        (5)在溫度70 ℃、相對溫度100%條件下,靜置7 d,然后在溫度23 ℃、相對濕度50%條件下調(diào)節(jié)2 h;必要時,增加-30 ℃,靜置1 d,然后剝離樣件第5道膠。(注:以上5個步驟為同一塊樣件試驗順序)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 相容性試驗膠條剝離結(jié)果

        通過對相容性試驗方案下4組粘接試樣的制作和剝離試驗結(jié)果如圖2所示;試驗數(shù)據(jù)如表3所示。本實驗中,不同品牌單組分聚氨酯膠粘劑之間的相容性與粘附破壞(AF)占比有直接關系,因此將其作為考察指標。即AF占比越低,不同膠粘劑相容性越好。

        1# Sika265+回天8902 活化+回天8906底涂+回天8955(黑)

        表3 相容性試驗結(jié)果

        注:AF為粘附破壞;CF為內(nèi)聚破壞;SF為基材破壞。下同。

        以膠粘劑(sika265+活化+底涂206)作為基材表面:①1#與2#對比,刷底涂的試樣從第3階段開始,基材表面(膠層)粘附破壞占比持續(xù)增大,相容性不佳;未刷底涂的試樣結(jié)果基本為基材破壞,相容性較好。說明同為單組分濕氣固化聚氨酯,不同品牌在不涂底涂情況下,相容性更好。②3#與4#對比,同為單組分濕氣固化聚氨酯,sika265為用于A1強度等級粘接膠,卡瑞得為135R用于A2/3強度等級密封膠(相比于A1要求,A2/3剪切、拉伸強度分別在1.5、2 MPa以上;而A1剪切、拉伸強度則分別在4、6 MPa以上),試樣剝離結(jié)果均為粘附破壞,說明強度等級不同的單組分聚氨酯相容性較差。

        2.2 基材前處理對比試驗結(jié)果

        與相容性指標一致,驗證2種不同基材表面進行不同的前處理后單組分聚氨酯sika265的粘接性能。當AF占比越低,粘接性能越好。

        ..基材——玻璃鋼的試驗結(jié)果

        通過前處理對比試驗,得出基材為玻璃鋼時的測試結(jié)果,具體如表4、圖3所示。

        表4 玻璃鋼基材上的試驗結(jié)果

        1# RX-504 玻璃鋼膠條剝離試驗(清潔+打磨+清潔+活化+底涂)

        基材——鋁合金的試驗結(jié)果

        基材為鋁合金時的測試結(jié)果如表5所示。

        表5 鋁合金基材上的試驗結(jié)果

        2.3 試驗結(jié)果分析

        基材——玻璃鋼

        采用控制變量法對玻璃鋼表面進行不同的前處理,根據(jù)表4、圖3可看出,玻璃鋼不飽和樹脂HR-9588與不飽和樹脂RX-504對比,基材表面比較光滑且無粉塵、污漬、脫模劑、膠衣等,粘接效果更好;另一方面,對比同樣玻璃鋼前處理,步驟越少粘接性能越差,同時也可以發(fā)現(xiàn)底涂對粘接影響的重要性。

        基材——鋁合金

        采用控制變量法對鋁合金表面進行不同的前處理,根據(jù)表5可知,對比不同表面處理方式可看出不涂底涂、不打磨、不清潔進行老化試驗都出現(xiàn)粘附破壞,粘接強度大大降低現(xiàn)象。說明鋁合金基材表面氧化層、污染、油膜若不去除干凈對粘接性能影響很大;若金屬表面陽極氧化未及時防護,出現(xiàn)表面污染、氧化等也會大大降低粘接強度。

        3 結(jié)語

        本研究對生產(chǎn)過程常用的膠粘劑之間是否具有相容性進行了研究,同時也對粘接密封過程中前處理每個步驟的影響程度進行了研究。

        從膠粘劑相容性試驗結(jié)果可得出,同為單組分濕氣固化聚氨酯,不同品牌在不涂底涂情況下,相容性更好;強度等級不同的單組分聚氨酯相容性較差。

        由基材前處理對比試驗的數(shù)據(jù)可得出,基材表面前處理每個步驟做到清潔、打磨、清潔、活化、底涂,以及基材無污染,此時粘接性能最佳。

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